DRV883x低電壓H橋驅(qū)動器：高效、可靠的電機(jī)驅(qū)動解決方案

在電子工程師的日常設(shè)計工作中，電機(jī)驅(qū)動是一個常見且關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。今天，我們就來詳細(xì)探討一下德州儀器（TI）推出的DRV883x系列低電壓H橋驅(qū)動器，包括DRV8837和DRV8838兩款產(chǎn)品。它們在眾多低電壓或電池供電的運動控制應(yīng)用中表現(xiàn)出色，下面我們就來深入了解其特性、參數(shù)及應(yīng)用。

文件下載：drv8837.pdf

一、特性亮點

強(qiáng)大的驅(qū)動能力

DRV883x能夠驅(qū)動直流電機(jī)或其他負(fù)載，如螺線管等。其低MOSFET導(dǎo)通電阻（HS + LS 280 mΩ）和高達(dá)1.8 A的最大驅(qū)動電流，為電機(jī)提供了穩(wěn)定而強(qiáng)勁的動力輸出。這使得它在處理一些需要較大扭矩或快速響應(yīng)的應(yīng)用場景時游刃有余。

靈活的電源配置

該系列產(chǎn)品采用了獨立的電機(jī)和邏輯電源引腳。電機(jī)電源VM范圍為0至11 V，邏輯電源VCC范圍為1.8至7 V。這種設(shè)計不僅提高了電源的適應(yīng)性，還能有效降低電源干擾，確保設(shè)備的穩(wěn)定運行。

多樣的接口方式

DRV8837采用PWM、IN1和IN2接口，而DRV8838則采用PH和EN接口。這兩種接口方式都與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備兼容，工程師可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求和系統(tǒng)架構(gòu)選擇合適的接口，增加了設(shè)計的靈活性。

低功耗睡眠模式

通過nSLEEP引腳，DRV883x可以進(jìn)入低功耗睡眠模式，最大睡眠電流僅為120 nA。這在一些對功耗要求較高的應(yīng)用中，如電池供電的設(shè)備，能夠顯著延長電池的使用壽命。

小巧的封裝設(shè)計

采用8引腳WSON帶散熱墊封裝，尺寸僅為2.0 × 2.0 mm。小巧的封裝和緊湊的布局，使得它在空間有限的電路板設(shè)計中具有很大的優(yōu)勢。

完善的保護(hù)功能

具備VCC欠壓鎖定（UVLO）、過流保護(hù)（OCP）和熱關(guān)斷（TSD）等保護(hù)特性。這些保護(hù)功能能夠有效防止設(shè)備在異常情況下?lián)p壞，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

DRV883x的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，涵蓋了相機(jī)、數(shù)碼單反鏡頭、消費產(chǎn)品、玩具、機(jī)器人以及醫(yī)療設(shè)備等多個領(lǐng)域。在相機(jī)和鏡頭中，它可以精確控制鏡頭的對焦和變焦；在玩具和機(jī)器人中，為其提供動力驅(qū)動；在醫(yī)療設(shè)備中，確保設(shè)備的穩(wěn)定運行。

三、詳細(xì)參數(shù)解析

絕對最大額定值

• 電機(jī)電源電壓VM范圍為 -0.3至12 V，邏輯電源電壓VCC范圍為 -0.3至7 V。
• 控制引腳電壓范圍為 -0.5至7 V，輸出峰值驅(qū)動電流內(nèi)部受限。
• 工作虛擬結(jié)溫范圍為 -40至150°C，存儲溫度范圍為 -60至150°C。

ESD 評級

人體模型（HBM）靜電放電額定值為 ±3000 V，帶電設(shè)備模型（CDM）靜電放電額定值為 ±1500 V。這表明該設(shè)備具有較好的靜電防護(hù)能力，能夠在一定程度上避免靜電對設(shè)備造成損壞。

推薦工作條件

• VM范圍為0至11 V，VCC范圍為1.8至7 V。
• 輸出電流范圍為0至1.8 A，PWM頻率范圍為0至250 kHz。
• 邏輯電壓范圍為0至5.5 V，工作環(huán)境溫度范圍為 -40至85°C。

熱信息

不同的熱指標(biāo)，如結(jié)到環(huán)境的熱阻（RθJA）、結(jié)到外殼（頂部）的熱阻（RθJC(top)）等，為工程師在進(jìn)行散熱設(shè)計時提供了重要的參考依據(jù)。

電氣特性

詳細(xì)列出了電源、控制輸入、電機(jī)驅(qū)動輸出和保護(hù)電路等方面的電氣參數(shù)。例如，在不同的工作模式下，電源的工作電流和睡眠電流都有明確的數(shù)值，工程師可以根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行功耗計算和優(yōu)化。

時序要求

規(guī)定了輸入輸出信號的延遲時間、上升時間、下降時間等時序參數(shù)，確保設(shè)備在正常工作時信號的同步和穩(wěn)定。

四、功能實現(xiàn)與控制邏輯

橋控制

• DRV8837：采用PWM輸入接口（IN-IN接口），通過不同的輸入組合可以實現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、制動和滑行等功能。
• DRV8838：采用PHASE/ENABLE接口，一個引腳控制H橋電流方向，另一個引腳啟用或禁用H橋，同樣可以實現(xiàn)電機(jī)的各種運行狀態(tài)。

獨立半橋控制

DRV8837可以實現(xiàn)獨立半橋控制，無需采用更多的分立元件。通過合理的電路連接和輸入信號的控制，可以分別驅(qū)動兩個電感負(fù)載，如電機(jī)或螺線管等。在不同的控制模式下，電機(jī)的運行狀態(tài)和電流衰減路徑也有所不同。為了減少制動模式1下的功率損耗，可以在電機(jī)兩端跨接正向電壓小于0.6 V的肖特基二極管。

睡眠模式

當(dāng)nSLEEP引腳為低電平時，設(shè)備進(jìn)入低功耗睡眠模式，此時所有不必要的內(nèi)部電路都被關(guān)閉，大大降低了功耗。

電源和輸入引腳

輸入引腳在推薦的工作條件下，無論VCC、VM電源是否存在，都能正常工作，且不會有漏電電流路徑。VCC和VM電源可以按任意順序施加和移除，當(dāng)VCC電源移除時，設(shè)備進(jìn)入低功耗狀態(tài)，從VM電源吸取的電流非常小。

保護(hù)電路

• VCC欠壓鎖定：當(dāng)VCC引腳電壓低于欠壓鎖定閾值時，H橋中的所有FET都被禁用，直到電壓恢復(fù)正常。
• 過流保護(hù)：通過模擬電流限制電路，當(dāng)電流超過設(shè)定值且持續(xù)時間超過一定時間時，H橋中的所有FET被禁用，經(jīng)過一段時間后自動恢復(fù)工作。
• 熱關(guān)斷：當(dāng)芯片溫度超過安全限制時，H橋中的所有FET被禁用，溫度下降到安全水平后自動恢復(fù)工作。

五、應(yīng)用設(shè)計要點

典型應(yīng)用電路

給出了DRV883x的典型應(yīng)用電路圖，包括電源引腳的旁路電容、輸入輸出引腳的連接等。在設(shè)計時，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的電機(jī)電源電壓、邏輯電源電壓和目標(biāo)均方根電流等參數(shù)。

設(shè)計步驟

• 電機(jī)電壓選擇：要根據(jù)所選電機(jī)的額定值和所需的轉(zhuǎn)速來確定合適的電機(jī)電壓。較高的電壓可以使直流電機(jī)轉(zhuǎn)速更快，但也會增加電感電機(jī)繞組中的電流變化率。
• 低功耗運行：在進(jìn)入睡眠模式時，建議將所有輸入設(shè)置為低電平，以最小化系統(tǒng)功耗。

布局和散熱

• 布局：VM和VCC引腳應(yīng)使用低ESR陶瓷旁路電容（0.1 μF）旁路到GND，且電容應(yīng)盡可能靠近引腳，并通過厚走線或接地平面連接到設(shè)備的GND引腳。
• 散熱：設(shè)備的功耗主要由輸出FET電阻（rDS(on)）決定，可以使用公式 (P{TOT }=r{DS( on )} timesleft(I_{OUT(RMS) }right)^{2}) 來估算平均功耗。當(dāng)芯片溫度超過約150°C時，熱關(guān)斷保護(hù)會啟動，因此需要確保有足夠的散熱措施。

六、總結(jié)

DRV883x系列低電壓H橋驅(qū)動器以其豐富的特性、完善的保護(hù)功能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為電子工程師在電機(jī)驅(qū)動設(shè)計方面提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的需求和系統(tǒng)要求，合理選擇和使用該系列產(chǎn)品，并注意布局、散熱等設(shè)計要點，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和高性能表現(xiàn)。你在使用DRV883x的過程中遇到過哪些問題呢？或者你對它還有哪些方面想進(jìn)一步了解？歡迎在評論區(qū)留言討論。